本发明专利技术涉及一种Ｓ波段新型负磁导率微带天线，具体来说涉及一种采用有负磁导率效应的树枝状结构来改善天线性能的微带天线。负磁导率材料由周期性排列的金属树枝状结构组成，本发明专利技术在天线正、背面围绕辐射片、金属接地板的空白介质基板上刻蚀周期排列的金属树枝状结构。当电磁波垂直于树枝状结构入射时，双面树枝状结构产生负磁导率效应，利用其负磁导率效应抑制天线工作时激发的表面波和多次谐波，减少天线副瓣，使天线方向性更集中，提高天线增益，增加带宽，改善天线的性能。相比与其他以往改进的微带天线，本发明专利技术微带天线还具有结构简单、与天线一体化、易加工成型、成本造价低等优点。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及一种s波段新型负磁导率微带天线，具体来说涉及一种采用有负磁导 率效应的树枝状结构来改善天线性能的微带天线。
技术介绍
微带天线是由一块厚度远小于波长的介质基板和刻蚀在其两侧的金属贴片组成， 利用同轴线或微带线馈电，并通过贴片四周与接地板间的缝隙向外辐射电磁波。微带天线具 有抛面薄、体积小、易成形，易集成，结构简单，适合用于印刷技术大批量生产，目前已广 泛应用在卫星通信，飞机器，导弹共型天线，探针探头等各种军事民用领域。但是微带天线 自身的结构特点，致使了其天线单元增益低，方向性差，有导体和介质损耗，辐射效率低等 缺点，在需要更高性能和灵敏度的仪器和设备中难以得到更进一步的应用。现有的一些改善 微带天线性能的技术，例如增加基板厚度或多层贴片，或是改变贴片形状，效果并不十分显著；另外采用天线阵列，不可避免的存在繁琐的馈线系统。树枝状结构是一种能产生负磁导率的结构。当电磁波垂直于树枝状结构入射时，在树枝 状结构内产生了感应电流，从而引入了电感。由于树枝状结构存在间隙，从而产生了电容。 于是产生了与树枝结构的几何尺寸和形状相关的LC谐振。在某一频率段内电磁波不能传播， 即产生了禁带，在禁带范围内磁导率为负，并表现出一些奇异的微波响应行为，因此近几年 对其的研究成为科学界的焦点。这种能产生负磁导率的材料在微电子线路元件、滤波器、无 线电通信、调制器等领域将有很好的应用前景。
技术实现思路
本专利技术的目的就是针对微带天线效率低，频带窄，方向性差；提出一种新型的带 有树枝状结构的微带天线，它不仅具有宽频带，高增益，且具有体积小，结构简单的特点。 树枝状结构在一定的频段下有负磁导率，能在谐振工作频段形成禁带，将这个特性应用于微 带天线可以有效地抑制微带天线工作时激发的表面波和亏电网络的寄生辐射，从而提高辐射 效率改善微带天线性能。采用加载树枝状结构的方法，可应用在各种场合下的微带天线改造 上，并且采用印刷电路板制造工艺，与微带天线一体成型。成本低廉。本专利技术中树枝状结构微带天线主要包括介质基板，辐射金属片，在介质基板的一侧面上；金属地板，印制在介质基板的另一侧 面上，尺寸较辐射金属片略大；SMA同轴接头，其金属探针与金属贴片相连，同轴底座内 导体与金属探针相连，外导体与金属接地板相连，并作为天线电波信号的馈入接口； 一组负磁导率单元刻蚀与金属接地板和辐射片的周围。通过调整树枝状结构的外形尺寸参数(树枝各 级长度，夹角，线宽，晶格常数等)实现对负磁导率特性区域波段的调控，使其覆盖微带天线 的工作频段。在天线辐射或接受的电磁波激励下，负磁导率材料有效地抑制微带天线工作时 激发的表面波和亏电网络的寄生辐射，从而提高辐射效率改善微带天线性能。同时，本专利技术 中的负磁导率微带天线，可通过电路板刻蚀技术实现，工艺简单易行。易于大规模工业化生 产。附图说明图l本专利技术中树枝状结构的尺寸示意2 ;^专利技术中负磁导率微带天线示意3本专利技术中在微带天线正背面阳刻周期性排列的金属树枝状的结构示意4本专利技术中在微带天线正面采用阳刻工艺制备的树枝状结构示意图 图5本专利技术中在微带天线背面采用阳刻工艺制备的树枝状结构示意图 图6本专利技术中负磁导率材料微带天线与普通天线的回波损耗曲线 图7本专利技术中负磁导率材料微带天线与普通微带E面方向图 图8本专利技术中负磁导率材料微带天线与普通微带H面方向图具体实施方式本专利技术采用电路板刻蚀技术制作微带天线。在图2所示的微带天线结构中， 金属接地板4和辐射金属片2连接分别刻蚀于介质基板1上。SMA同轴接头3连接金属界地 板4和辐射金属片2，并作为天线的电波信号馈入源。在介质基板1正背面上刻蚀树枝状结 构单元5 (如图4和图5)，此谐振单元呈周期排列在介质基板上，且正，面的树枝状结构单 元严格对正。依据实施例，树枝状结构单元采用阳刻工艺。如图4和图5所示，阳刻工艺是在介质基 板带有辐射金属贴片的一面和介质基板带有金属接地板的一面刻蚀出阳面图案的树枝状结构，同一面的树枝状结构平行排列，在介质基板正背面上树枝结构必须严格对应。由于微带 天线是一种开放式结构，在工作时不仅向外辐射电磁波而且会在介质表面即发出沿介质表面 传播的表面波，表面波的能量主要集中在介质曾表面附近， 一旦离开表面，场强随离开的距 离呈指数衰减，所以表面波带走的一部分能量是微带天线效率低的一个重要原因，采用阳刻 工艺的树枝状结构产生的禁带可以显著抑制表面波的传播，让这部分表面波能量参与天线向4外辐射。如图1所示，树枝状结构单元的几何尺寸根据微带天线的工作频率调整。如微带天线中 心工作频率从3 4GHz，树枝从中心向外围的各级长度分别为 一级分支长度a=4.2mm 5.6mm， 二级分支长度和三级分支长度相等，即b=c=2.15mm 2.8mm,相临两个一级分支间 夹角、两个二级分支间夹角和两个三级分支间夹角为e产ef6f30。 60。； w=0.3mm 1.5mm, 单元晶格常数d=16.7mm 22.4mm，所有金属厚度t=0.02mm 0.06mm，为了防止铜被氧化可以在铜表面镀银、锡等金属。通过调整树枝状结构的外形尺寸参数 (树枝各级长度，夹角，线宽，晶格常数等)实现对负磁导率特性区域波段的调控。保证负磁 导率特性区域包覆天线的工作频段。通过负磁导率材料对天线表面波的抑制。减小天线副瓣， 使天线方向性更集中，提高天线增益，增加带宽，改善天线性能。本专利技术的实现过程由实施例和附图说明 实施例一采用电路板刻蚀技术制作天线，天线的中心频率在3.67GHz。在尺寸160 mmxi60咖xi.5 mm的聚四氟乙烯纤维基板1 (e=2.65)两个侧面上，分别刻蚀出尺寸为40.5 mrnx40.5咖的金属 接地板4和尺寸为24mmx28mm的辐射金属片2。在天线正、背面围绕辐射片、金属接地板的 空白介质基板上刻蚀周期排列的金属树枝状结构5，且正背面的树枝状结构单元严格对正。 其树枝状结构的单元尺寸为&=4.7咖，b=c=2.4mm， w=l咖，^=02=63=45。， t=0.03mm。 X方 向上，金属树枝状结构单元中心间距d)^18.63min,单元数量Nx二7; Y方向上，金属树枝结构 单元中心间距df18.63 mm,単元数量Ny-7 (如图3所示)；树枝间空隙H=3.28咖，金属树 枝状结构单元总数目为40 (如图4和图5所示)。这种由树枝状结构双面刻蚀构成的负磁导 率材料，其负磁性能区域中心频率为3.6Ghz，带宽80MHz，完全可以覆盖微带天线的工作波 段。在辐射金属贴片轴线上距对称中心4mm处选取直径为1.3mm的馈电点，通过SMA接头 连接金属接地板4和辐射金属片2，完成天线的制作。天线的回波损耗曲线如图6所示，普 通天线和加树枝天线的谐振频率在3. 67GHz，谐振峰强度分别为-15. 83dB和-16. 89dB，能够很 好地满足天线工作要求；而且天线的频带增加了 lOMHz。由图7中天线在谐振频率处的E、 H 面辐射方向图可知，加树枝天线的最大增益7.84dBi，而采用相同介质基板的普通微带天线 的增益仅为6.25dBi，相比天线的增益提高了 1.48dB。实施例二采用电路板刻蚀技术制作天线，天线的中心频率在3 GHz。在尺寸1本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种Ｓ波段新型负磁导率微带天线，主要包括有：介质基板，辐射金属片和金属接地板，分别印制在介质基板的两侧；ＳＭＡ同轴接头，连接辐射金属片和金属接地板，并作为天线电波信号的馈入接口；一组树枝状结构负磁导率材料单元，其主要特征在于：在普通微带天线的正、背面围绕辐射金属片、金属接地板的空白介质基板上刻蚀周期排列的金属树枝状结构阵列，且正背面的树枝状结构单元严格对正。
【技术特征摘要】
【专利技术属性】
技术研发人员：赵晓鹏，史亚龙，纪宁，朱忠奎，罗春荣，
申请(专利权)人：西北工业大学，
类型：发明
国别省市：87[中国|西安]
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